Óptica quântica aplicada a testes em fundamentos da mecânica quântica e caracterização de novas memórias atômicas

BARBOSA, Daniel Felinto Pires, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: FELINTO, DanielCNPqNesta tese, exploramos técnicas de óptica quântica para abordar dois problemas distintos. Primeiro, relatamos passos experimentais significativos em direção a um teste sobre a realidade da função de onda, destacando a possibilidade de diferenciar o colapso instantâneo da função de onda de sua redução em tempo finito. Para isto, foi necessária a caracterização de uma fonte capaz de gerar estados de fótons parcialmente emaranhados em polarização. Essa fonte é baseada em interferômetro de Sagnac e em um cristal de PPKTP que, pelo processo de conversão paramétrica descendente espontânea, gera pares de fótons colineares e com polarização ortogonais. O sistema é bombeado pelo trem de pulsos de um laser de femtossegundos pulsado. O emaranhamento parcial requerido dos estados de pares de fótons é caracterizado pela violação que produzem na desigualdade de Clauser- Horne-Shimony-Holt (CHSH) e a sincronização é obtida através de medições de varreduras temporais. Isto nos permite compreender melhor as condições instrumentais necessárias para a execução de um teste final da hipótese de um tempo finito de colapso da função de onda. Para nosso segundo problema, investigamos o espalhamento espontâneo de fótons de um conjunto de átomos frios de dois níveis a um certo ângulo. Para isto, utilizamos uma armadilha magneto-óptica para átomos de Rubídio-87. Relatamos a observação de correlação entre fótons espalhados por pulsos consecutivos do laser de excitação, com uma dessintonia muito maior do que o inverso do tempo de vida do estado excitado. Tais correlações mostram um aumento da probabilidade de detectar outro fóton na mesma direção, uma vez que o primeiro foi observado, e modificações na estatística dos fótons da luz espalhada condicionada. Elas duram consideravelmente mais do que o tempo de vida do estado excitado e são robustas ao processo de leitura, apontando o papel fundamental das ressonâncias induzidas por recuo no sistema.In this thesis, we explore quantum optics techniques to address two distinct problems. First, we report significant experimental steps towards a test on the reality of the wave function, highlighting the possibility of differentiating the instantaneous collapse of the wave function from its reduction in finite time. For this, it was necessary to characterize a source able to generation photon states partially entangled in polarization. This source is based on Sagnac interferometer and a PPKTP crystal which, by the spontaneous parametric down conversion process, generates orthogonal polarizing and collinear photon pairs. The system is pumped by the pulse train of a pulsed femtosecond laser. The required partial entanglement of the photon pair states is characterized by the violation they produce in the Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) inequality and synchronization is obtained via time-scan measurements. This allows us to better understand the instrumental conditions necessary for the execution of a final test of the hypothesis of a finite time of wave function collapse. For our second problem, we investigate the spontaneous photon scattering of an ensemble of two-level cold atoms at a certain angle. For this, we used a magneto-optical trap for Rubidium-87 atoms. We report the observation of correlation between photons scattered by consecutive pulses of the excitation laser, with a much greater detuning than the inverse of the average lifetime of the excited state. Such correlations show an increased probability of detecting another photon in the same direction, once the first was observed, and changes in the photon statistic of the conditioned scattered light. They last considerably longer than the excited state lifetime and are robust to the reading process, pointing to the crucial role of recoil induced resonances in system